600 MW超臨界汽輪機滑壓優(yōu)化研究

侯劍雄，黃碧亮

（廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海 519050）

0 前言

火電機組汽輪機運行中，其DEH高壓調(diào)門動作情況會直接影響發(fā)電功率和主蒸汽壓力運行品質(zhì)，正確的高壓調(diào)門流量特性曲線和閥門重疊度曲線，是提高機組AGC品質(zhì)、一次調(diào)頻動作質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。同時，亦需要通過熱力試驗來確定機組實際運行中經(jīng)濟性最佳的主汽壓力。在確保機組長期安全穩(wěn)定運行的前提下，達(dá)到降低供電煤耗的目標(biāo)。

1 滑壓優(yōu)化試驗的問題

以往汽機閥門流量特性曲線試驗與汽機滑壓優(yōu)化試驗常常是分開的。汽輪機出廠時預(yù)設(shè)的高壓閥門流量特性曲線等由于加工、安裝以及就地設(shè)備工況點漂移等原因，在實際中會發(fā)生高壓調(diào)門流量特性曲線和重疊度曲線偏離設(shè)計值的現(xiàn)象，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致一次調(diào)頻和AGC品質(zhì)下降。此時做汽輪機滑壓優(yōu)化試驗必然得不到期望的效果。因此，在做汽輪機滑壓優(yōu)化前，應(yīng)先進(jìn)行汽輪機閥門特性試驗，得到正確的高壓調(diào)門流量特性曲線和閥門重疊度曲線后，再進(jìn)行汽輪機滑壓優(yōu)化試驗，以得到。這樣才能得到最佳滑壓優(yōu)化曲線。

2 滑壓優(yōu)化試驗方法

通過汽輪機熱力性能試驗方法確定汽輪機高壓調(diào)門開度和主蒸汽流量的關(guān)系，擬合出準(zhǔn)確的高壓調(diào)門全行程開度流量特性曲線，計算、校正順序閥方式下的高壓調(diào)門重疊度函數(shù)，經(jīng)過實際運行驗證，得到汽輪機高壓調(diào)門流量特性優(yōu)化曲線；在汽輪機高壓調(diào)門特性優(yōu)化的基礎(chǔ)上，根據(jù)熱力循環(huán)的理論，通過一系列定、滑壓試驗，找出各工況下運行的最經(jīng)濟主蒸汽壓力，得到機組在全負(fù)荷范圍運行時熱耗率最小情況下的滑壓優(yōu)化曲線，以修正。

2.1 高壓調(diào)門流量特性試驗

分析并給出3號汽輪機在兩閥全開(2VWO)至三閥全開(3VWO)不同工況下，調(diào)門開度指令與高壓缸效率、主蒸汽流量之間的關(guān)系，調(diào)節(jié)級后壓力與主蒸汽流量之間的關(guān)系，不同綜合閥位開度指令與高壓缸效率、主蒸汽流量之間的關(guān)系。根據(jù)得到的汽機修改前高壓調(diào)門流量特性，校正高壓調(diào)門流量特性曲線，并在此基礎(chǔ)上對各高壓調(diào)門流量分配函數(shù)及重疊度進(jìn)行優(yōu)化。在線修改各高壓調(diào)門閥門流量特性修正曲線和順序閥運行方式下各調(diào)門的流量比例偏置因子(K+B)和GV流量修正函數(shù)，然后通過機組變負(fù)荷運行檢驗是否滿足要求。

2.2 定滑壓優(yōu)化試驗

根據(jù)熱力循環(huán)理論，機組在低負(fù)荷下滑壓運行時，由于進(jìn)汽節(jié)流損失小，漏汽損失也小，機組相對內(nèi)效率比定壓運行時有較大提高，但由于主汽壓力降低，循環(huán)熱效率也降低。當(dāng)相對內(nèi)效率的增加幅度補償了循環(huán)熱效率的下降幅度時，此時的滑壓參數(shù)才是比較經(jīng)濟的。因此，需要通過一系列試驗來確定機組經(jīng)濟性最佳的運行壓力，具體方法是在各負(fù)荷段通過試運行多個主汽壓力值，找出熱耗率最低的壓力值。在確保機組長期安全穩(wěn)定運行的前提下，達(dá)到降低供電煤耗，最大限度降低運行成本的目標(biāo)。在高壓調(diào)門流量特性試驗完成后，根據(jù)機組在50～100%工況下定、滑壓優(yōu)化試驗結(jié)果，得到3號機組定、滑壓運行特性曲線。

3 試驗過程及分析

3.1 高壓調(diào)門特性試驗

汽輪機高壓調(diào)門開度指令的形成過程如圖1所示。

圖1 汽輪機高壓調(diào)門開度指令形成過程

從圖1可知，汽輪機綜合閥位指令(即FDEM流量指令)在順序閥方式下需要先后經(jīng)過背壓修正函數(shù)F(X1)、流量比例分配因子(K+B)和流量修正函數(shù)F(X2)，得到分配到單個閥門上的流量指令，最后再經(jīng)過閥門流量特性曲線F(X3)成為最終的開度指令。其中背壓修正函數(shù)F(X1)、流量比例分配因子(K+B)是經(jīng)過汽輪機廠家確認(rèn)的函數(shù)，所以此次試驗不進(jìn)行修改。通過分別對GV3、GV4進(jìn)行兩閥全開(2VWO)和三閥全開(3VWO)的試驗，得到了單個閥門開度與蒸汽流量關(guān)系，并修改高壓調(diào)閥流量開度修正函數(shù)F(X3) 。修改前、后函數(shù)F(X3)曲線比較如圖2所示。

圖2 修改前后高壓調(diào)閥流量開度修正函數(shù)F(X3)曲線比較

從圖2可看出，修改前后的函數(shù)存在一定的差異，特別是X軸在0～55%區(qū)間時。在同等流量指令下，修改前的閥位開度比實際的要小，會造成閥門出力不夠、增大節(jié)流損失等問題，這種情況的出現(xiàn)會導(dǎo)致DEH對機組負(fù)荷的響應(yīng)品質(zhì)變差。

圖3為測取的綜合閥位指令與等效流量之間的關(guān)系曲線（X軸為綜合閥位指令，Y軸為汽機等效流量）。從圖中畫圈部分可以看出曲線存在線性度不佳的區(qū)域，有平緩的，也有突變的區(qū)間。導(dǎo)致在這些區(qū)間內(nèi)，DEH對機組負(fù)荷的響應(yīng)品質(zhì)變差，AGC和一次調(diào)頻品質(zhì)不好。由圖3亦可看出，在調(diào)節(jié)級壓力相同的情況下，修正后主蒸汽流量較設(shè)計主蒸汽流量偏小，說明機組的實際通流能力較設(shè)計值偏小。

圖3 優(yōu)化前綜合閥位指令與實際等效流量關(guān)系曲線

綜合以上可看出，由于DEH閥門流量特性的不準(zhǔn)確，出現(xiàn)當(dāng)DEH綜合閥位指令增加時，主汽流量卻不增加或突變，導(dǎo)致機組負(fù)荷不會變化或突變的情況。AGC和一次調(diào)頻在這個區(qū)間內(nèi)會出現(xiàn)調(diào)節(jié)、響應(yīng)不及時等問題，使電廠頻遭電網(wǎng)公司考核，遭受一定經(jīng)濟損失。另外如閥門重疊度設(shè)置不當(dāng)，也會造成在兩閥重疊的區(qū)間（即在順序閥方式下，前一個閥尚未開完，下一個閥已經(jīng)開啟）閥門容易突升突降，開度大幅波動，造成機組負(fù)荷不穩(wěn)定，同時帶來一定節(jié)流損失。

3.2 定、滑壓優(yōu)化試驗

高壓調(diào)門流量特性試驗完成后，3號汽輪機在50～100%額定負(fù)荷下進(jìn)行定、滑壓運行試驗，試驗在高壓調(diào)門順序閥運行方式下進(jìn)行，通過在各負(fù)荷下選擇不同的主蒸汽壓力進(jìn)行對比試驗，尋找出科學(xué)合理的定、滑壓運行特性曲線。根據(jù)試驗結(jié)果，給出50～100%額定負(fù)荷下，各負(fù)荷最佳主汽壓力工況下電功率與熱耗率關(guān)系曲線，電功率與主蒸汽流量關(guān)系曲線，主蒸汽流量與缸效率關(guān)系曲線，最后給出機組最佳定、滑壓運行曲線。

3.2.1 100%額定負(fù)荷定壓運行試驗

100%額定負(fù)荷定壓工況下，主汽壓為

24.20 MPa。試驗得到修正到設(shè)計參數(shù)下的主蒸汽流量為1 729.417 t/h，修正后電功率為600.944 MW，修正后熱耗率為7 721.7 kJ/(kW.h)。

3.2.2 90%額定負(fù)荷（540 MW）定、滑壓試驗90%額定負(fù)荷試驗結(jié)果見表1。由表中數(shù)據(jù)可看出，在90%額定負(fù)荷工況下，汽輪機熱耗率的變化是一個隨主蒸汽壓力降低而升高的過程，因此在90%額定負(fù)荷時采用定壓(即選擇在24.2 MPa)運行最經(jīng)濟。

表1 90%額定負(fù)荷工況定滑壓試驗數(shù)據(jù)表

80～50%額定負(fù)荷工況下定、滑壓試驗結(jié)果可看出，在此類工況下汽輪機熱耗率的變化是一個隨主蒸汽壓力降低而先降低后升高的過程，通過找出汽機熱耗率最低的點可找出最佳運行主蒸汽壓力。

3.2.3 定、滑壓運行特性曲線

通過對上述各工況試驗結(jié)果分析可看出，隨著機組負(fù)荷的降低，滑壓運行的經(jīng)濟性體現(xiàn)得越來越明顯，在額定負(fù)荷600 MW時，機組應(yīng)按額定壓力運行；小于480 MW負(fù)荷時，機組應(yīng)該滑壓運行。這樣在不同負(fù)荷下，通過選擇不同的運行方式，結(jié)合高壓調(diào)門開度的變化，就能使機組在變工況下保持較高經(jīng)濟性。

4 試驗成果的實施

4.1 修改閥門重疊度

根據(jù)計算的實際閥門流量曲線，對重疊度做了相應(yīng)修改。修改前、后綜合閥位指令與各調(diào)門的開度曲線如圖4所示，虛線為修改前關(guān)系曲線，實線為修改后關(guān)系曲線，從圖中可以清晰看出修改前后綜合閥位指令與各調(diào)門的開度曲線比較，修改后調(diào)閥開度曲線要比修改前調(diào)閥開度曲線平順。

圖4 修改前、后綜合閥位指令與各調(diào)閥開度指令間關(guān)系

在線修改完畢高壓調(diào)門流量特性曲線和重疊度后，進(jìn)行了280～600 MW變動負(fù)荷試驗，其中包括單閥和順序閥之間的切換。單閥和順序閥切換結(jié)果表明負(fù)荷擾動明顯變小，切換期間負(fù)荷波動＜3 MW，遠(yuǎn)小于修改前的波動值15 MW。負(fù)荷變動時閥門流量指令和等效流量的關(guān)系曲線如圖5所示。對比圖3和圖5可明顯可以看出修改前的兩處負(fù)荷變動平緩和突變的情況已得到明顯改善。整個變負(fù)荷過程汽輪機軸承溫度、軸承振動無大幅變化，均低于報警值。運行近兩年來，電廠未因AGC、一次調(diào)頻等遭電網(wǎng)考核，表明調(diào)門流量特性試驗取得明顯效果。

圖5 優(yōu)化后綜合閥位指令與實際等效流量關(guān)系

4.2 修正滑壓曲線

通過定、滑壓優(yōu)化的試驗結(jié)果，修正各最佳主蒸汽壓力對應(yīng)工況下機組電功率與熱耗率關(guān)系曲線見圖6，修正主蒸汽流量與機組電功率關(guān)系曲線見圖7，修正定、滑壓運行曲線見圖8。

圖6 修正后電功率與熱耗率關(guān)系

圖7 修正后主蒸汽流量與機組電功率關(guān)系

圖8 機組定、滑壓運行曲線

5 結(jié)束語

1) 修改高壓調(diào)門流量特性曲線和重疊度后，單閥和順序閥切換時負(fù)荷擾動明顯變小，兩處負(fù)荷變動平緩和突變的情況得到明顯改善。經(jīng)電廠一次調(diào)頻完善試驗后，未發(fā)生過因一次調(diào)頻品質(zhì)等遭電網(wǎng)考核，調(diào)門特性試驗取得明顯效果，AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)得到提高。

2) 優(yōu)化后機組在變負(fù)荷過程中負(fù)荷、汽溫、汽壓等參數(shù)穩(wěn)定，汽機瓦溫、振動符合要求。汽機流量指令和實際流量呈良好的線性關(guān)系，減少高壓調(diào)門壓損，提高了機組運行經(jīng)濟性和控制穩(wěn)定性。

3) 負(fù)荷在480～600 MW時，機組采用定壓方式運行。當(dāng)負(fù)荷小于480 MW時，采用滑壓方式運行。優(yōu)化后供電煤耗下降1.2 g/kW.h，經(jīng)濟性可相對提高0.5～1%。

4) 把高壓調(diào)門特性優(yōu)化調(diào)整和機組定、滑壓運行優(yōu)化結(jié)合起來已經(jīng)逐步成為越來越多電廠的一種技術(shù)需求，也是更為合理的一種優(yōu)化技術(shù)方案。通過優(yōu)化試驗在確保增強機組變負(fù)荷和一次調(diào)頻的能力的同時，提高控制的穩(wěn)定性、快速性，達(dá)到降低運行煤耗的目標(biāo)。具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益。